一种超宽带InNbTiO6近红外发光材料及其制备方法及近红外光源

本发明属于发光材料领域，特别涉及一种超宽带innbtio6近红外发光材料及其制备方法及近红外光源。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、宽带近红外(nir)光谱检测技术具有便携、无损检测、良好的组织穿透性等优点，在医学成像、食品分析等领域的应用显著增加。有机物化学键的特征吸收峰大多位于900nm之后，nir光谱与一些有机官能团x-h(x＝c,n,o)的特征吸收带重叠，具有丰富的结构和组成信息，非常适合用于碳氢有机物质的组成与性质测量。因此，这就要求用于组分分析的近红外光源的光谱具有长波长发射和足够的发射宽度，可以包含待测物质化学成分的大多数振动倍频和合频吸收。与近红外发光二极管(nir led)的窄带发光相比，典型的宽带全光谱发射器件如钨丝灯、卤素灯等可以提供宽带近红外发光，但由于其固有的大尺寸、低效率和高成本的限制，其应用受到严重制约。近红外荧光粉转换发光二极管(nir pc-led)在匹配合适的近红外荧光粉后，有效地解决了其他光源的局限性。因此，开发具有长波长(>900nm)和超宽带发射的近红外荧光粉已成为迫切需要解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种超宽带innbtio6近红外发光材料及其制备方法及近红外光源。所述发光材料可吸收450-600nm的范围内的蓝-绿光，与价格低廉的蓝光、绿光led芯片光谱具有良好匹配性，可被其有效激发；在520nm绿光的激发下，得到发射峰值位于948-983nm(ga含量不同，发射峰值不同)，半峰宽大于210nm，发射范围覆盖700-1400nm的超宽带长波长的近红外发射光谱。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种超宽带innbtio6近红外发光材料，其化学式为in1-x-ynbtio6:xcr3+,yga3+，式中，0<x≤0.05，0≤y≤0.4。

4、上述的超宽带黑钨矿型近红外发光材料是过渡金属离子cr3+离子掺杂的铌酸盐，过渡金属离子cr3+的外层电子构型为3d3，其发光性质与周围的晶体场环境密切相关，发射波长可以从红色区域跨越到近红外区域。在本发明中，以cr3+为发光离子，以innbtio6为发光材料基质，通过cr3+取代innbtio6中的单一in3+位点，获得了超宽带长波长发射的innbtio6:cr3+近红外荧光粉。在此基础上，通过控制ga3+取代in3+的含量，减小晶格畸变，增强结构刚度，提高荧光粉的发光强度和发光热稳定性。得益于优异的发光性能，在近红外pc-led光源领域具有应用潜力。

5、在一些实施方式中，0.005≤x≤0.05，y＝0。

6、在一些实施方式中，x＝0.02，0≤y≤0.4。

7、在一些实施方式中，所述发光材料的发射光谱范围为700-1400nm。

8、本发明的第二个方面，提供了一种超宽带innbtio6近红外发光材料的制备方法，包括：

9、将含元素in的氧化物或相应盐类、含元素nb的氧化物或相应盐类、含元素ti的氧化物或相应盐类、含元素cr的氧化物或相应盐类、含元素ga的氧化物或相应盐类，与有机溶剂混合、研磨，得到混合粉料；

10、将所述混合粉料烧结，即得超宽带innbtio6近红外发光材料。

11、宽带近红外发光材料的制备方法是采用传统的高温固相法，使用高温固相法合成本发明的产品，具有结晶度高，成本低，制备工艺简单，易于大批量制备等优点。

12、在一些实施方式中，所述含元素in的氧化物或相应盐类为in2o3；

13、在一些实施方式中，所述含元素nb的氧化物或相应盐类为nb2o5；

14、在一些实施方式中，所述含元素ti的氧化物或相应盐类为tio2；

15、在一些实施方式中，所述含元素cr的氧化物或相应盐类cr2o3；

16、在一些实施方式中，所述含元素ga的氧化物或相应盐类为ga2o3。

17、在一些实施方式中，所述有机溶剂为无水乙醇。

18、在一些实施方式中，所述烧结在空气条件下进行。

19、在一些实施方式中，所述烧结的温度为1400-1500℃。

20、在一些实施方式中，所述烧结的时间为恒温8-10h。

21、更具体的，按以下步骤制备：

22、按化学式in1-xnbtio6:xcr3+，0<x≤0.05的原子摩尔比，以含元素in、nb、ti和cr的氧化物或相应盐类原料，如in2o3、nb2o5、tio2和cr2o3，将称量好的原料放入研钵中与一定量的无水乙醇混合，并进行充分研磨最终得到混合粉料。将所得混合粉料装入氧化铝坩埚在空气下加热至1400℃，并恒温8小时。冷却至室温后，将烧制样品取出并研磨均匀。

23、经验证，制备的in1-xnbtio6:xcr3+荧光粉在520nm的激发下，得到700-1400nm的宽带近红外发光发射，在系列in1-xnbtio6:xcr3+产品中，x＝0.02产品具有最强的发光强度。

24、基于上述优化的cr3+离子掺杂浓度，采用高温固相法制备一系列标称in0.98-ynbtio6:0.02cr3+,yga3+(0≤y≤0.4)的荧光粉。按以下步骤制备：

25、按化学式in0.98-ynbtio6:0.02cr3+,yga3+(0≤y≤0.4)的原子摩尔比，以含元素in、nb、ti、ga和cr的氧化物或相应盐类原料，如in2o3、nb2o5、tio2、ga2o3和cr2o3，将称量好的原料放入研钵中与一定量的无水乙醇混合，并进行充分研磨最终得到混合粉料。将所得混合粉料装入氧化铝坩埚在空气下加热至1400℃，并恒温8小时。冷却至室温后，将烧制样品取出并研磨均匀。

26、经验证in3+被ga3+取代后，可维持原有物相结构不变的同时，提高了发射强度和发光热稳定性，在系列in0.98-ynbtio6:0.02cr3+,yga3+产品中，y＝0.4(in0.58nbtio6:0.02cr3+,0.4ga3+)产品具有最强的发光强度，为未取代in0.98nbtio6:0.02cr3+强度的2.3倍。并且，热稳定性由22.33％@400k上升到了41.25％@400k，发光峰值由969nm蓝移到934nm，虽然半峰宽由231nm减小到217nm，但仍大于200nm，属于超宽带近红外发射。

27、本发明的第三个方面，提供了一种近红外光源，包括：发光光源和近红外荧光粉，所述近红外荧光粉为上述的超宽带innbtio6近红外发光材料或上述的方法制备的超宽带innbtio6近红外发光材料，所述发光光源为蓝光或绿光led芯片。

28、本发明的有益效果

29、(1)本发明选取innbtio6为基质，cr3+为激活剂离子，采用传统的高温固相法制备了一系列in1-xnbtio6:xcr3+超宽带长波长近红外光发射荧光粉，发射峰值可达965nm，半峰宽超200nm。

30、(2)本发明利用浓度优化得到最优荧光粉in0.98nbtio6:0.02cr3+。通过ga3+占据in3+位点的阳离子取代策略，提供稳定的配位环境，减小晶格畸变，改善发光强度与热稳定性，同时，仍能获得超宽带长波长的近红外荧光粉(峰值>930nm,半峰宽>210nm)。